Избор на диаметър-изходния прът и определена мощност на нагревателния елемент

Мощността на електрически нагревателен елемент обикновено се определя от температурата и времето за нагряване на отоплителната система. Следователно, след като мощността и напрежението са определени, материалът и диаметърът на кабела-в пръта трябва да отговарят на проектните изисквания. По-долу е даден списък с подходящи данни относно материалите, използвани за оловото-в пръта.

Тъй като нагревателният елемент обикновено е запечатан с RTV силикон след обработка, с температурна устойчивост от приблизително 250 градуса, максималната работна температура на избрания проводник-в пръта трябва да бъде по-малка или равна на 250 градуса (максималната температурна устойчивост на RTV силикона). Как може да се гарантира това изискване?

Нека илюстрираме това с пример за приложение: Да разгледаме 220V 4000W електрически нагревателен елемент с кабел от неръждаема стомана-в прът с външен диаметър Φ2,6×75 mm. Този избор на размер правилен и разумен ли е? Ние можем да определим неговата правилност и разумност само чрез изчисление.

Решение: Вземете оловен прът Φ2.6 с дължина 75 мм, което се равнява на 0,075 метра.

① Токът, протичащ през оловния прът е:

I=P/U=4000/220 ≈ 18,18 ампера

② Изчислете стойността на съпротивлението за дължина от 75 mm и външен диаметър от Φ2,6 mm:

Тъй като R=ρ.L/S=0.7 × 0,075/3,142 × 1,32 ≈ 0,01 ома

③ Мощността P, генерирана при протичане на 18,18 ампера през 75 mm оловен прът е:

P=I²R=18.18² × 0,01 ≈ 3,31 W (т.е. мощността, генерирана от 75 mm оловен прът е 3,31 W)

④ При диаметър от 75 mm, повърхностното натоварване, съответстващо на Φ2.6 повод-в пръта, е q_rod.

q_rod=P/S=3.31/3,142 × 0,26 × 7,5 ≈ 0,54 W/cm²

⑤ Когато ток от 18,18 ампера протича през кабела от неръждаема стомана Φ2,6-в пръта, общата генерирана мощност е 3,13 W, а съответното повърхностно натоварване на пръта е 0,54 W/cm². Въз основа на връзката между натоварването на повърхността и съответната температура на повърхността на тръбата, температурата на повърхността на този олово-в прът от неръждаема стомана може да се изчисли на приблизително 200–220 градуса.

Заключение: Когато диаметърът на оловото-в пръта на този нагревателен елемент е Φ2,6 и токът, протичащ през него, е 18,18 ампера, температурата на оловото-в пръта е приблизително 200–220 градуса, което е по-ниско от нормалната температурна устойчивост на силиконовата гума (250 градуса), като по този начин отговаря на проектните изисквания. Ако температурата превиши нормалната температурна устойчивост на силиконовия каучук (250 градуса), силиконовият каучук е склонен към постепенно стареене и напукване при температурата на оловото-в пръта, което води до намаляване на изолацията и електрическите характеристики. Превишаването на нормалната температурна устойчивост може също да причини карбонизация на силикона, което води до намаляване на изолацията на нагревателния елемент и дори до повреда между оловния прът и външния корпус поради карбонизация на силикона.

За справяне с горната ситуация, ако температурата надвишава 250 градуса, могат да се направят следните подобрения:

① В зависимост от външния диаметър на нагревателния елемент, ако Φ е по-голямо или равно на 10 mm, външният диаметър или дължината на водещия прът може да се увеличи по подходящ начин. Тази модификация намалява съпротивлението на единица дължина и намалява натоварването върху повърхността на оловния прът. Въпреки че ток от 18,18 ампера все още тече през оловния прът, температурата на повърхността ще падне до температура, която силиконът може да издържи или дори по-ниска.

② Ако диаметърът на тръбата е Φ по-малък или равен на 10 mm и токът все още е 18,18 ампера, материалът на оловния прът може да бъде подходящо удължен или променен, като например използването на оловен прът от чист никел. Трябва да се отбележи, че въпреки че съпротивлението на железните оловни пръти е по-ниско от това на неръждаемата стомана, не се препоръчва използването им, тъй като железните оловни пръти са склонни към окисление, имат ниска якост и висока контактна устойчивост, което не е желателно.